加州大学伯克利分校核工程专业本科创新人才培养研究

邱玺玉，邵剑雄*，杨爱香，朱定军，尹永智，陈熙萌

摘  要：我国提出在21世纪中叶实现“碳达峰”“碳中和”，在实现此节能降碳发展目标的进程中，核能及核技术越来越受到关注，是发展清洁能源的重要方向。该文针对我国核工程类人才培养方案的现状和在新时代对核专业人才的新需求，深入梳理分析加州大学伯克利分校核工程专业的人才培养理念、专业设置与课程体系、科研创新实践活动等做法。该校强调学生学习体验，培养一大批具有全局观念、创新思维的专业人才，对进一步优化适合我国国情的核工程类人才培养方案有借鉴意义。

关键词：核工程专业；本科；人才培养；课程设置；学习体验

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）11-0008-06

Abstract： Our country proposes to achieve "carbon peak"， "carbon neutrality" in the middle of 21st century， and in the process of realizing this development goal of energy saving and carbon reduction， nuclear energy and nuclear technology have attracted more attentions， and are the important direction of the development of clean energy. Aiming at the current situation of nuclear engineering talent training program in China and the new demands for nuclear professionals in the new era， this work deeply analyzed the education mission， major and curriculum system setting， scientific research and innovation practice activities of The nuclear engineering major in UC Berkeley. This major emphasizes students' learning experience and cultivates a large number of professionals with global concepts and innovative thinking， it is helpful for further optimizing the nuclear engineering personnel training program suitable for our country.

Keywords： Nuclear Engineering major; undergraduate education; personnel training; curriculum system; academic experience

核产业是绿色产业，核能是绿色能源。实现“碳达峰”“碳中和”，是以习近平同志为核心的党中央统筹国内国际两个大局作出的重大战略决策，是着力解决资源环境约束突出问题、实现中华民族永续发展的必然选择[1]。美国能源部发布的《迈向100%清洁电力之路》报告认为，核能是一种负荷因子超过90%的清洁基荷能源，能够为电网运营提供灵活性，推进现有核电厂延寿以及未来建设先进核电厂是美实现100%清洁电力的必由之路[2]。在此背景下，在国家有序、高效发展核能的今天，核产业在“碳达峰”“碳中和”目标实现过程中将会有越来越重要的贡献，按照“十四五”规划，到2025年，我国核电总装机容量将达到7 000万千瓦；到2035年，我国核电发电量占全国发电量比例也有望达到10%左右[3]。核工程是高度跨学科领域，对建设高质量核产业起到重要的夯基作用；核安全是實现高质量核产业的保障，是国家总体安全观的重要组成部分。新时代，国家对高质量核专业相关人才的需求比以往任何时候都更加强烈。因此，培养高质量、创新性核工程专业本科人才是新时代的迫切需求，是建设新型、高效核产业的关键基础。

此外，工程教育专业认证是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。自我国成为《华盛顿协议》[4]会员国以来，我国对于工程教育认证的理念、标准等均发生了较大变化，对各类工程专业建设提出了更高的要求。进一步完善核工程专业课程体系建设，对于提升本科教育教学质量、培养符合国家战略需求的高素质专业人才、服务地方经济社会发展等具有非常关键的作用。

加州大学伯克利分校的工程学处于美国工程科学领域的最前沿[5]，尤其核工程项目久负盛名。加州大学伯克利分校核工程系成立于1958年，与毗邻的劳伦斯伯克利国家实验室、劳伦斯利弗莫尔国家实验室和洛斯阿拉莫斯国家实验室有着密切合作，使学生有机会获得更广阔的跨学科科学训练[6]。该系毕业生常受雇于美国学术界、工业界、国家实验室、州和联邦机构，在海外也广受欢迎。

调研、分析加州大学伯克利分校核工程专业的人才培养体系对完善我国相关专业的人才培养方案具有很好的借鉴意义，为加速建设世界一流核工程及核技术专业大有助益。

一  加州大学伯克利分校的本科教育理念

加州大学伯克利分校是美国公立研究性大学的典型代表，从20世纪90年代起，致力于本科教育的改革与创新，真正把本科教育作为研究型大学的核心使命。加州大学伯克利分校认为能为学生做的最重要的事情之一，不仅仅是教授他们特定的知识和技能，而是帮助他们将自己的兴趣与职业道路相匹配。在这样的理念指引下，提出了一系列以学生学习为中心的改善本科教育教学质量的方案与措施，包括帮助新生完成高中生向本科生的过渡、关注学生学习过程、优化专业教学资源与结构、构建校园学习互助体系等等[7-8]。加州大学伯克利分校工程学院核工程系的本科教育宗旨是通过提升和应用核科学与技术来维持并强化加州大学唯一的卓越核工程教育和研究中心，并为加州和国家服务。本科生培养宗旨是培养领导者、创造知识、服务社会，使学生获得能受益一生的技术能力，在学术研究、政府管理、国家实验室以及工业领域成长为专业领导人才。为此，加州大学伯克利分校核工程（NE）项目（本科生）设定了培养本科生的五个关键目标：①运用扎实的基础数学和自然（物理和生物）科学知识，为工程应用奠定基础。②了解核过程，并将一般自然科学和工程原理应用于当前或未来对社会重要的核及相关系统的分析和设计。③具有较强的独立学习、分析和解决问题的能力，特别强调设计、沟通和团队合作能力。④展示对核工程实践的社会、伦理、安全和环境的理解。⑤重视并实践终身学习。

为更好地适应行业发展趋势，加州大学伯克利分校核工程系不断在内部审查这些目标的时代适应性，以确保其满足学生、社会当前的需求，每年春季项目咨询委员会开会审查项目并提出修改建议，以更好地为学生服务。该咨询委员会成立于1988年，由工业界、国家实验室和学术界的高级领导组成。通过四年的学习，加州大学伯克利分校的核工程专业为本科生在工业、国家实验室、州和联邦机构以及学术界（研究生研究项目）等领域就业或深造做好准备。

二  核工程专业设置与课程体系

（一）  核工程专业设置

加州大学伯克利分校工程学院设有航空航天工程、生物工程、土木与环境工程、电气工程与计算机科学、工程科学、工业工程与运筹学、材料科学与工程、机械工程以及核工程九个工程类专业。申请就读工程学院的本科生需申请进入工程学院的特定专业学习，加州大学伯克利分校的学生通过更改学院申请进入工程专业的可能性很小。

就读于加州大学伯克利分校工程学院的多数学生在完成本科学业后，将继续深造完成学制为一年的硕士学位项目（该部门没有五年的硕士项目）。对科学研究或大学教学感兴趣的学生可以继续完成博士学位。

核工程系与工学院其他院系设有3个联合专业，与化学系设有1个联合专业，分别是化学工程/核工程（化学学院化学与生物分子工程系）、电气工程与计算机科学/核工程（电气工程与计算机科学系）、材料科学与工程/核工程（材料科学与工程系）以及机械工程/核工程（机械工程系）。

（二）  核工程专业课程设置特点

加州大学伯克利分校核工程专业本科生项目旨在为学生在工业、国家实验室或州或联邦监管机构的职业生涯做好准备，达到该项目要求后学生可获得核工程学士学位。新生在入学之初可通过查阅学生导读手册（Berkeley Academic Guide2023-24）来了解专业相关的课程体系、培养方案以及毕业要求等。该系本科生毕业条件由加州大学学校要求（University of California Requirements）、加州大学伯克利分校要求（Campus Requirements）以及学院要求（College Requirements）共同组成。其中加州大学要求规定新入学学生的英语写作水平须达到入学水平要求（Entry Level Writing Requirement， ELWP），同时需修满美国历史和制度（American History and Institutions Requirements）等课程，达到规定的学分要求。加州大学伯克利分校要求学生需修读关于美国文化的课程且得分不低于C。加州大学伯克利分校开设了多达20门次美国文化、制度、历史相关的课程供不同年级学生选修。学院要求则对专业学生的修学课程体系及绩点提出了明确要求。

该系的研究重点集中在核工程的以下领域：核反应与辐射、核医学成像、核反应堆理论与设计、聚变动力工程、放射性废物管理、辐射与生物物理学和核材料等，为提升本科生培养质量、帮助学生奠定坚实的理论基础与实践创新开发能力，核工程系周密地设置了课程体系，并且将学生未来可能参与或主导具体工程项目所需的知识储备对应课程通过课程群导图形式展示出来，以便学生在选课时更有针对性，如图1 所示。通过查阅核工程系2023级本科生培养计划及学生导读手册，其课程设置安排见表1[9]。

由表1可以发现，该系的课程体系具有很强的针对性，对培养、提升数理思维能力、工程应用体系、创新应用实践等设置了详细的培养环节，对培养学生应用数理知识描绘、破解核工程相关的技术问题能力有很强的系统方案。通过设置微积分、多元微积分、线性代数与微分方程、统计与数据分析、科学与工程物理、工程热力学以及科学与工程中的程序设计等课程，培养学生具有坚定的数学物理基础以及核工程中常用的模拟计算能力；进一步通过开设核工程导论、反应堆理论、辐射测量与仪器、核系统设计等专业课程，将数理基础能力服务于专业知识构建，提升了学习的系统性。加州大学伯克利分校核工程专业本科生须至少完成120个学分才能获得本科学士学位，其中英语入门写作和美国历史与机制是加州大学伯克利分校制定的校级毕业要求，可通过工学院制定的培养方案完成。例如，为了使学生获得更加丰富多样的教育体验，在每个专业的技术要求之外，工程学院在所有的学习项目中都加入了人文和社会科学（H/SS）的广度要求，核工程系要求学生在最短3学期（或4季度）修完至少6个学分的人文和社会科学课程，其中2学分用于选修阅读与写作（成绩至少达到C-），另外4学分须在规定的学校通选课程清单（如美国历史、美国制度、美国文化、艺术与文学、历史研究、国际研究、哲学与价值、社会与行为科学）中选修完成。其中3学分必须在一年级结束前完成，并且有2学分是通过选修高年级阶段课程（课程编号100—196）获得。此外，核工程系还提供了包含束流与加速器应用、裂变电力工程、聚变电力工程、数学计算方法、国土安全与防扩散、核材料、核燃料循环和废物管理、辐射与健康物理学、风险、安全和系统分析等多达60门的高年级阶段选修课程，见表2，以此来帮助本科生将其选择集中在特定的专业技能目标上，在最大程度上体现突出学生体验教育、融合學生职业生涯发展的教育理念。

（三）  辅修专业课程设置

加州大学伯克利分校核工程系为对核工程相关领域具有兴趣的本科生提供了学习机会，这部分学生可以选择核工程作为辅修专业。通常，辅修专业学生需要研习的专业课程比本科专业少，但为其本科教育提供了更好的深度和广度。工程学院不提供额外的时间完成辅修课程，但通常可以通过精心设计课程规划在规定的时间内达到辅修学位要求。鼓励学生与其ESS顾问会面，讨论完成辅修课程的可行性。

辅修专业要求：所有申请参加辅修专业的学生需满足一定条件方可被录取，具体条件如下。

1）所有申请人必须在不迟于预期毕业学期（EGT）前一个学期申报。

2）为满足辅修要求而修的所有课程必须计入学分。

3）最低总平均成绩（GPA）为3.0，先决课程的最低GPA为3.0。

4）用于满足辅修要求的课程要求的最低平均绩点（GPA）为2.0。

5）不得使用超过一门高年级课程同时满足学生主修和副修课程的要求。

6）辅修课程的完成不能耽误学生的毕业。

达到此要求的非工程专业本科生通过修读相应的核工程课程，可以获得该系的学士学位。为减小辅修学生的修学压力，该系也优化了辅修专业的课程培养体系，在一定范围内可实现学分互认，但为实现培养质量不打折扣，对专业类课程的要求并没有降低。表3列出了低年级先修课程，而高年级课程须在课程标号为100以上的课程中至少选修四门即可。

表3  低年级先修课程（辅修）

（四）  强调学生教育体验

为增强学生教育获得感、切实提升本科生创新创造能力，加州大学伯克利分校强调学生教育体验[10]，该校核工程系制定了一系列措施来帮助学生成长成才。

1  Berkeley Connect课程

Berkeley Connect是针对本科生开展的指导项目，为各个层次的本科生提供了结识优秀研究生、思维碰撞与探讨目标的支持性环境。在常规课程之外，该项目旨在帮助学生建立理解、归属感和职业准备。在整个学期中，通过与研究生和教师的交流探讨，学生将对感兴趣的问题获得全方位的深入了解。这些由研究生主持的小组会议，包括：参观校园和国家实验室的研究实验室，与教师、科学家和研究生进行交谈；为学生提供广泛的职业介绍，包括学术界以外的职业领域；讨论新闻、学术、社会中所涉及到的科学内容；提供在校园寻找研究机会、实习等的资源；培养成为有吸引力的本科生研究候选人的技能；关于科学模型的思维探索；建立一个物理学学生科学家的交流社区。

2  导师指导计划

核工程系教师将为该系本科生担任学术导师。学术导师会帮助学生评估其所选择的课程体系是否满足获得学士学位的必须要求；进一步帮助选择工程课程，根据本科生的目标规划其课程体系，寻找或提供研究机会，并使学生获得关于所选择的职业道路的信息。

3  新生研讨会

加州大学伯克利分校设立新生和大二学生的研讨会源于这样一种信念，即早期与教职员工的智力接触将大大提高学生在学校的本科学习主动性与专业认同感。几乎每个学院的教授每学期都会联合起来举办一系列令人印象深刻的研讨会。核工程系的本科生研讨会，强调互动和讨论，为低年级学生提供了一个前所未有的机会，可以探索更为广泛的专业类别，甚至是通常只为研究生开放的研究领域。

三  研究类课程与科研实践活动

（一）  研究类课程设置

正如加州大学伯克利分校的办学宗旨中提到的，要锻炼学生解决问题、终生学习的能力。加州大学伯克利分校一直非常注重通过科学研究来锻炼此方面的能力，为更好达成这样的人才培养效果，在本科学习阶段，针对不同的专业背景，开设了形式多样的研究类课程。核工程专业为本科生开设了Honors Undergraduate Research、Group study for advanced undergraduates、Supervised Independent Study等课程，其中Honors Undergraduate Research课程为导师指导的研究。只有完成了三门及以上高阶课程的同学可以申请在教授指导下开展原创性研究，课程结束后需提交研究报告或成果展示一份。

（二）  科研实践活动

加州大学伯克利分校历来非常重视本科生参与科学研究活动[11]。成立了本科生研究与奖学金办公室（简称OURS），专门负责如何引导本科生参与到科学研究中，其使命是将本科生融入加州大学伯克利分校的研究生活，并通过一系列项目、研讨会和有影响力的建议，促进对体验式学习机会和全国竞争奖学金的追求[12]。OURS开发了形式多样的本科生研究项目，比如本科研究学徒计划（URAP）為本科生提供了与教职员工和研究人员一起研究前沿研究热点的机会。与导师密切合作，学生将加深他们在特殊兴趣领域的知识和技能。该计划旨在激发对先进研究的认识和对研究生学习的兴趣。学生每完成3个小时的研究工作就可以获得1个学分（每学期限制为4个学分）。作为学徒，可以参与学院的研究工作，学习先进的研究技能，探索感兴趣的领域，并了解在世界一流的研究机构做一名学者是什么感觉。比如2023年春季，核工程系提供了“基于闪烁体的中子探测及应用”“机器学习在核安全领域的应用”“核物理文献管理软件开发”等项目。

本科生暑期研究奖学金项目（SURF）有两种资助形式。第一种是SURF L&S为文学与科学学院的本科生提供资金，以进行集中的夏季研究，为毕业论文或其他主要顶点项目做准备。研究员将获得5 000美元的夏季津贴。SURF L&S项目须在进入最后一年或最后一个学期时才能申请执行，并且没有其他研究经费。本项目申请人必须是加州大学伯克利分校的在册生，并且平均绩点不低于3.0，有望在2023年秋季或2024年春季毕业，在夏季至少花八周的时间全职从事研究工作。同时需提交一个独立的研究计划，并且在夏季完成，并将有以研究论文或其他顶点项目作为成果以达到研究要求。支持教师研究的学生不符合SURF L&S的资格。此外，需有一位加州大学伯克利分校的教职员工（教授或讲师）的全力指导。在UCSF、CHORI或LBNL实验室进行独立研究的学生还必须有一名加州大学伯克利分校的教员共同赞助，该教员将指导其毕业论文或顶点项目。另一种是暑期本科生研究奖学罗斯希尔项目（SURF Rose Hills），该项目支持加州大学在册二年级、三年级和四年级平均绩点达到3.5的学生在夏季进行科学研究。学生可以从事教师主导的项目，也可以从事自己设计的独立项目，产出高质量研究成果。获得资助的同学将获得5 000美元的夏季津贴。

哈斯奖助项目（Haas Scholars Program）每年遴选20名高素质、有学术天赋、有经济需要的本科生在加州大学伯克利分校的最后一年聚集在一起，建立一个支持性、追求卓越的知识社区。申请人的评估入围主要基于其独立研究或创意项目的优势和独创性，这些项目将作为高级论文或荣誉论文的基础。一旦入选，哈斯学者将得到加州大学伯克利分校教师的密切指导，参与研讨会和讲习班，以协助他们进行研究和写作过程，有机会在专业会议上展示他们的作品，每人最多可获得1.38万美元的经济支持。哈斯奖学金的校友们都成为了各自领域的领导者，包括学术界、醫学界、法律界、工业界、艺术界和公共服务界。

加州大学伯克利分校一贯坚持，与一流的教师一起学习仅仅是个开始，在其实验室和工作室工作，站在专业领域的最前沿，同学们可以真正把所接受的工程教育转化为解决具体问题的能力，增强科研经验和实践技能，进一步使学生无论在研究生学习还是未来就业的选择中增加亮点。

四  结束语

通过优化课程设置、引导本科生参与科学研究与工程项目等系列措施，加州大学伯克利分校核工程系为本科生掌握核工程基础知识、培养创新思维、服务核工业发展提供了系统训练，为构筑安全核能应用环境、储备核工程技术与管理后备人才奠定了坚实的基础。我国正处于实现“双碳”目标的关键节点上，而核能及相关技术安全、高效发展对实现该目标大有助益，核相关领域对高素质专业人才的需求比以往都更加强烈，通过调研、分析加州大学伯克利分校的核工程专业人才培养模式及其课程体系设置，对标我国现行核工程专业人才培养现状以及未来我国规划的核能发展路径，对进一步提升、优化我国相关专业的人才培养方案很有借鉴意义。

参考文献：

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[2] DENHOLM， PAUL， PATRICK B， et al. 2022. Examining Supply-Side Options to Achieve 100% Clean Electricity by 2035[J]. Golden， CO： National Renewable Energy Laboratory. NREL/TP6A40-81644.

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[8] 潘金林.加州大学伯克利分校20世纪90年代以来本科教育改革理念、举措及成效[J].复旦教育论坛，2014，12（2）：86-91.

[9] Berkeley Academic Guide 2023-2024，Plan of Study[Z].https：//guide.berkeley.edu/undergraduate/degree- programs/nuclear-engineering/.

[10] 郝嘉月.加州大学伯克利分校基于学生体验的一流本科教育建设研究[D].保定：河北大学，2021.

[11] 高桂娟，陈乐.加州大学伯克利分校如何促进本科生科研[J].高教发展与评估，2015，31（5）：63-71，99-100.

[12] 颜媛媛.美国加州大学伯克利分校本科生研究能力培养的实践与启示[J].教育探索，2010（9）：150-152.

（兰州大学，兰州 730000）